Tumorheterogenität am Beispiel des Kolonkarzinoms

Abstract

Colorectal cancers are one of the most frequent tumor diseases and one of the main causes of tumor-related mortality. Colorectal cancers arise due to typical alteration such as mutations in APC, TP53, and KRAS as well as chromosomal gains and deletions. Intratumor heterogeneity occurs if only a part of the tumor cells gain new characteristics. This can happen at every cell devision. In this case, the tumor can consist of several subclones. The subclones may diver in their genetic prol and morphology. Intratumor heterogeneity is important in diagnostics and therapy of tumors. Therefore, it can influences the course of disease. Often, tumors show a relapse after a good initial response to the therapy. One reason are resistent tumor cells in a subclone. In case of intratumor heterogeneity, a single biopsy does not represent all characteristics of the tumor. Subsequently, a therapy might not be chosen suitably. Resistent tumor cells do not respond to the therapy and can be the source of new tumor growth. The presence of heterogenous morphology in tumors is well known for a long time. Due to new sequencing technologies, e.g., Next Generation Sequencing, genetic intratumor heterogeneity becomes an important subject of research. In this thesis, one colon cancer is investigated and therefore dissected into 68 distinct samples. Mutations and copy number variants (CNV) are analysed in a subset of 100 genes using the sequencing machine PGM and the CNVPanelizer. The analysis is verified by independent methodes, such as Sanger sequencing, quantitative polymerase chain reaction, and fluorescence in situ hybridisation. The analysis of the tumor reveals two hot spot mutations in APC and TP53, which are evenly distributed in the whole tumor. However, copy numbers are variable in several genes. In a three-dimensional reconstruction of the tumor, the samples show two clusters with differences in copy numbers along the aboral-oral axis.

Kolorektale Karzinome gehören zu den häu gsten Tumoren und sind einer der Hauptgründe Tumor-verursachter Mortalität. Sie entstehen durch die Anhäufung typischer Veränderungen, wie Mutationen in den Genen APC, TP53 und KRAS sowie den Verlust und Gewinn chromosomaler Abschnitte. Durch das Auftreten neuer Eigenschaften in nur einem Teil der Tumorzellen kann es innerhalb eines Tumors zur Entstehung von intratumoraler Heterogenität kommen. Ein Tumor besteht dann aus mehreren Subklonen, die sich hinsichtlich ihres genetischen Pro ls sowie ihrer Morphologie unterscheiden können. Intratumorale Heterogenität ist in der Diagnostik auf genetischer Ebene nicht ohne weiteres erfassbar und hat Auswirkungen auf den Verlauf von Tumorerkrankungen. Liegt in einem Tumor Heterogenität vor, so spiegelt ein einzelner Teil des Tumors nicht seine Gesamtheit wider. Regional unterschiedliche Veränderungen werden dann durch eine einzelne Biopsie nicht ausreichend erfasst. Wenn nicht das gesamte Pro l des Tumors bekannt ist, kann die Therapie nicht adäquat gewählt werden. Bei der Therapie eines Tumors kommt es nach einem gutem initialen Ansprechen häu g zu einem Rezidiv der Erkrankung. Eine der möglichen Ursachen dafür ist das Vorliegen von resistenten Tumorzellen, die die Grundlage für ein erneutes Tumorwachstum darstellen können. Intratumorale Heterogenität auf der Ebene der Morphologie ist schon lange bekannt. Durch den Gebrauch neuer Sequenzierverfahren hat nun auch die Analyse von intratumoraler genetischer Heterogenit ät in den letzten Jahren vermehrt an Bedeutung gewonnen. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Kolonkarzinom in 68 Proben unterteilt. In 100 ausgew ählten Genen werden Mutationen und Kopienzahl-Veränderungen analysiert. Für die Mutationsanalyse wird die Sequenziermaschine PGM verwendet, die Analyse der Kopienzahlen erfolgt mittels CNVPanelizer. Eine Veri zierung wird mit davon unabhängigen Methoden, der Sanger-Sequenzierung sowie quantitativer Polymerasekettenreaktion bzw. Fluoreszenzin- situ-Hybridisierung, durchgeführt. Es zeigt sich, dass in dem untersuchten Kolonkarzinom zwei homogen verteilte Hotspot-Mutationen in APC und TP53 vorliegen. Die Kopienzahl- Veränderungen weisen hingegen in einigen Genen Unterschiede zwischen den einzelnen Tumorproben auf. Mittels Clusteranalyse und dreidimensionaler Rekonstruktion kann gezeigt werden, dass sich die Tumorproben in zwei Clustern entlang der oral-aboralen Achse des Tumors anordnen.